Número Mach

Dicha relación puede expresarse según la ecuación: Es un número adimensional normalmente usado para describir la velocidad de los aviones.

Por ejemplo, cuanto mayor sea la altitud sobre el nivel del mar o menor la temperatura de la atmósfera, menor es la velocidad del sonido.

De esta manera, no es necesario saber la velocidad del sonido para saber si un avión que vuela a una velocidad dada la ha superado: basta con saber su número de mach.

Si M < 0,2-0,3 y el flujo es cuasi estacionario e isotérmico, los efectos de la compresibilidad serán pequeños y se podrán utilizar ecuaciones simplificadas de flujo incompresible.

[1]​[2]​ El número de Mach debe su nombre al físico y filósofo Ernst Mach,[3]​ y es una designación propuesta por el ingeniero aeronáutico Jakob Ackeret en 1929.

En la década anterior a faster-than-sound human flight, los ingenieros aeronáuticos se referían a la velocidad del sonido como número de Mach, nunca como Mach 1.

En la actualidad muchas áreas de Control del tráfico aéreo en ruta o "fires"- Flight information regions, permiten calcular la velocidad de la aeronave a cost-index, esto es un porcentaje de mach variable para minimizar el consumo en función del nivel del vuelo, la temperatura y presión atmosféricas y en su caso la derrota de la trayectoria del avión de modo que este porcentaje variará constantemente en cada waypoint o entre estos.

El número Mach no es una constante ya que depende de la temperatura.

[7]​ La velocidad del sonido no es una constante; en un gas, aumenta proporcionalmente a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta, y puesto que la temperatura atmosférica generalmente disminuye al aumentar la altitud entre el nivel del mar y 11 000 metros (36 089,2 pies), la velocidad del sonido también disminuye.

Por ejemplo, el modelo de atmósfera estándar reduce la temperatura a −56,5 grados Celsius (−69,7 °F) a 11 000 metros (36 089,2 pies) de altitud, con una velocidad del sonido (Mach 1) correspondiente de 295 metros por segundo (967,8 pies/s), el 86,7% del valor a nivel del mar.

Entonces la ecuación de continuidad puede modificarse ligeramente para tener en cuenta esta relación: El siguiente paso es no dimensionalizar las variables como tales: donde

Mientras tanto, el régimen supersónico se utiliza normalmente para hablar del conjunto de números de Mach para los que puede utilizarse la teoría linealizada, donde, por ejemplo, el flujo (aire) no reacciona químicamente y donde la transferencia de calor entre el aire y el vehículo puede despreciarse razonablemente en los cálculos.

En la siguiente tabla, se hace referencia a los regímenes o rangos de valores Mach, y no a los significados puros de las palabras subsónico y supersónico.

En general, la NASA define hipersónico alto como cualquier número Mach de 10 a 25, y las velocidades de reentrada como cualquiera superior a Mach 25.

Los aviones transónicos generalmente tienes las alas en forma de delta, retrasando el frente, y a veces se caracterizan por un diseño que pretende acercarse a la regla del área de Whitcomb.

Generalmente no se diseñan aviones para esta velocidad ya que es poco eficiente, es mucho mejor diseñarlos para velocidades supersónicas bajas como Mach 1.6 Normalmente, las velocidades de vuelo se clasifican según su número de Mach en:[cita requerida] A modo de comparación, la rapidez requerida para alcanzar una órbita terrestre baja es alrededor de 7,5 km/s = Mach 25,4 en el aire a altitudes grandes.

A velocidades transónicas, el campo de flujo alrededor del objeto incluye partes sub y supersónicas.

El régimen transónico comienza cuando aparecen las primeras zonas de flujo Ma>1 alrededor del objeto.

El flujo supersónico puede desacelerar de nuevo a subsónico sólo en un choque normal; esto ocurre típicamente antes del borde de fuga.

Cuando el flujo de fluido atraviesa la onda de choque, su velocidad se reduce y la temperatura, la presión y la densidad aumentan.

Cuanto más fuerte es el choque, mayores son los cambios.

El sentido común nos llevaría a esperar que la contracción del canal de flujo aumentara la velocidad del mismo (es decir, que al hacer el canal más estrecho el flujo de aire es más rápido) y a velocidades subsónicas esto es cierto.

Sin embargo, una vez que el flujo se convierte en supersónico, la relación entre el área de flujo y la velocidad se invierte: la ampliación del canal aumenta la velocidad.

El resultado obvio es que para acelerar un flujo hasta el nivel supersónico se necesita una tobera convergente-divergente, en la que la sección convergente acelera el flujo hasta M=1, velocidades sónicas, y la sección divergente continúa la aceleración.

Estas toberas se denominan tobera de Laval y en casos extremos son capaces de alcanzar velocidades increíbles, hipersónicas (Mach 13 a nivel del mar).